M I T O C W | C h e r n o b y l — H o w I t H a p p e n e d

T h e f o l l o w i n g c o n t e n t i s p r o v i d e d u n d e r a C r e a t i v e C o m m o n s l i c e n s e . Y o u r s u p p o r t w i l l h e l p M I T O p e n C o u r s e W a r e c o n t i n u e t o o f f e r h i g h q u a l i t y e d u c a t i o n a l r e s o u r c e s f o r f r e e . T o m a k e a d o n a t i o n o r t o v i e w a d d i t i o n a l m a t e r i a l s f r o m h u n d r e d s o f M I T c o u r s e s , v i s i t M I T O p e n C o u r s e W a r e a t o c w . m i t . e d u .

M I C H A E L S H O R T : A l l r i g h t . S o l i k e I t o l d y o u g u y s , F r i d a y m a r k e d t h e e n d o f t h e h a r d e s t p a r t o f t h e c o u r s e . A n d M o n d a y m a r k e d t h e e n d o f t h e h a r d e s t P s e t . S o b e c a u s e t h e r e s t o f y o u r c l a s s e s a r e g o i n g f u l l t h r o t t l e , t h i s o n e ' s g o i n g t o w i n d d o w n a l i t t l e b i t . S o t o d a y , I ' d s a y , s i t b a c k , r e l a x , a n d e n j o y a n u c l e a r c a t a s t r o p h e b e c a u s e w e a r e g o i n g t o e x p l a i n w h a t h a p p e n e d a t C h e r n o b y l n o w t h a t y o u ' v e g o t t h e p h y s i c s a n d i n t u i t i v e b a c k g r o u n d t o u n d e r s t a n d t h e a c t u a l s e q u e n c e o f e v e n t s .

T o k i c k i t o f f , I w a n t t o s h o w y o u g u y s s o m e a c t u a l f o o t a g e o f t h e C h e r n o b y l r e a c t o r a s i t w a s b u r n i n g . S o t h i s i s t h e p a r t t h a t m o s t f o l k s k n o w a b o u t .

[ V I D E O P L A Y B A C K ]

- [ N O N - E N G L I S H S P E E C H ]

M I C H A E L S H O R T : T h i s i s f o o t a g e t a k e n f r o m a h e l i c o p t e r f r o m f o l k s t h a t w e r e e i t h e r s u r v e y i n g o r d r o p p i n g m a t e r i a l s o n t o t h e r e a c t o r .

- [ N O N - E N G L I S H S P E E C H ]

M I C H A E L S H O R T : T h a t w a s p r o b a b l y a b a d i d e a . " H o l d w h e r e t h e s m o k e i s . " W e ' l l g e t i n t o w h a t t h e s m o k e w a s .

- [ N O N - E N G L I S H S P E E C H ] [ E N D P L A Y B A C K ]

M I C H A E L S H O R T : S o t h a t r e d s t u f f r i g h t t h e r e , t h a t ' s a c t u a l l y g l o w i n g g r a p h i t e a m o n g s t o t h e r m a t e r i a l s f r o m t h e g r a p h i t e f i r e t h a t r e s u l t e d f r o m t h e R B M K r e a c t o r b u r n i n g a f t e r t h e C h e r n o b y l a c c i d e n t , c a u s e d b y b o t h f l a w s i n t h e p h y s i c a l d e s i g n o f t h e R B M K r e a c t o r a n d a b s o l u t e o p e r a t o r o f s t u p i d i t y a n d n e g l e c t o f a n y s o r t o f s a f e t y s y s t e m s o r s a f e t y c u l t u r e .

W e ' r e l u c k y t o l i v e h e r e i n t h e U S w h e r e o u r w o r s t a c c i d e n t a t T h r e e M i l e I s l a n d w a s n o t a c t u a l l y r e a l l y t h a t m u c h o f a n a c c i d e n t . T h e r e w a s a p a r t i a l m e l t d o w n . T h e r e w a s n o t t h a t

m u c h o f a r e l e a s e o f r a d i o n u c l i d e s i n t o t h e a t m o s p h e r e b e c a u s e w e d o t h i n g s l i k e b u i l d c o n t a i n m e n t s o n o u r r e a c t o r s .

I f y o u t h i n k o f w h a t a t y p i c a l r e a c t o r l o o k s l i k e , l i k e i f y o u c o n s i d e r t h e M I T r e a c t o r a s a s c a l e d - d o w n v e r s i o n o f a n o r m a l r e a c t o r - - l e t ' s s a y y o u h a v e a c o m m e r c i a l p o w e r r e a c t o r . Y o u ' v e g o t t h e c o r e h e r e . Y o u ' v e g o t a b u n c h o f s h i e l d i n g a r o u n d i t . A n d y o u ' v e g o t a d o m e t h a t ' s r a t h e r t h i c k t h a t c o m p r i s e s t h e c o n t a i n m e n t . T h a t w o u l d b e t h e c o r e . T h i s w o u l d b e s o m e s h i e l d i n g .

S o t h i s i s w h a t y o u f i n d i n U S a n d m o s t o t h e r r e a c t o r s . F o r t h e R B M K r e a c t o r s , t h e r e w a s n o c o n t a i n m e n t b e c a u s e i t w a s t h o u g h t t h a t n o t h i n g c o u l d h a p p e n . A n d b o y , w e r e t h e y w r o n g . S o I w a n t t o w a l k y o u g u y s t h r o u g h a c h r o n o l o g y o f w h a t a c t u a l l y h a p p e n e d a t t h a t t h e C h e r n o b y l r e a c t o r , w h i c h y o u g u y s c a n r e a d o n t h e N E A , o r N u c l e a r E n e r g y A g e n c y , w e b s i t e , t h e s a m e p l a c e t h a t y o u f i n d J A N I S . A n d w e ' r e g o i n g t o r e f e r t o a l o t o f t h e J A N I S c r o s s s e c t i o n s t o e x p l a i n w h y t h e s e s o r t s o f e v e n t s h a p p e n e d .

S o t h e w h o l e p o i n t o f w h a t h a p p e n e d a t C h e r n o b y l w a s i t w a s d e s i r e t o s e e i f y o u c o u l d u s e t h e s p i n n i n g d o w n t u r b i n e a f t e r y o u s h u t d o w n t h e r e a c t o r t o p o w e r t h e e m e r g e n c y s y s t e m s a t t h e r e a c t o r . T h i s w o u l d b e f o l l o w i n g s o m e t h i n g , w h a t ' s c a l l e d a l o s s o f o f f - s i t e p o w e r . I f t h e o f f - s i t e p o w e r o r t h e g r i d w a s d i s c o n n e c t e d f r o m t h e r e a c t o r , t h e r e a c t o r a u t o m a t i c a l l y s h u t s d o w n .

B u t t h e t u r b i n e , l i k e I s h o w e d y o u a c o u p l e w e e k s a g o , i s t h i s e n o r m o u s s p i n n i n g h u l k o f m e t a l a n d m a c h i n e r y t h a t c o a s t s d o w n o v e r a l o n g p e r i o d o f , l e t ' s s a y , h o u r s . A n d a s i t ' s s p i n n i n g , t h e g e n e r a t o r c o i l s a r e s t i l l s p i n n i n g a n d s t i l l p r o d u c i n g e l e c t r i c i t y , o r t h e y c o u l d b e . S o i t w a s d e s i r e t o f i n d o u t , c a n w e u s e t h e s p i n n i n g d o w n t u r b i n e t o p o w e r t h e e m e r g e n c y e q u i p m e n t i f w e l o s e o f f - s i t e p o w e r ? S o t h e y h a d t o s i m u l a t e t h i s e v e n t .

S o w h a t t h e y a c t u a l l y d e c i d e d t o d o i s c o a s t d o w n t h e r e a c t o r t o a m o d e r a t e p o w e r l e v e l o r v e r y l o w p o w e r a n d s e e w h a t c o m e s o u t o f t h e t u r b i n e i t s e l f , o r o u t o f t h e g e n e r a t o r r a t h e r . N o w , t h e r e w e r e a l o t o f f l a w s i n t h e R B M K d e s i g n . A n d I ' d l i k e t o b r i n g i t u p h e r e s o w e c a n t a l k a b o u t w h a t i t l o o k s l i k e a n d w h a t w a s w r o n g w i t h i t .

S o t h e R B M K i s u n l i k e a n y o f t h e U n i t e d S t a t e s l i g h t w a t e r r e a c t o r s t h a t y o u m a y h a v e s e e n b e f o r e . M a n y o f t h e c o m p o n e n t s a r e t h e s a m e . T h e r e ' s s t i l l a l i g h t w a t e r r e a c t o r c o o l a n t l o o p w h e r e w a t e r f l o w s a r o u n d f u e l r o d s , g o e s i n t o a s t e a m s e p a r a t o r , b e t t e r k n o w n a s a b i g h e a t e x c h a n g e r . A n d t h e s t e a m d r i v e s a t u r b i n e , w h i c h p r o d u c e s e n e r g y . A n d t h e n t h i s c o o l a n t p u m p k e e p s i t g o i n g . A n d t h e n t h e w a t e r c i r c u l a t e s .

W h a t m a k e s i t d i f f e r e n t , t h o u g h , i s t h a t e a c h o f t h e s e f u e l r o d s w a s i n s i d e i t s o w n p r e s s u r e t u b e . S o t h e c o o l a n t w a s p r e s s u r i z e d . A n d o u t h e r e , t h i s s t u f f r i g h t h e r e w a s t h e m o d e r a t o r c o m p o s e d o f g r a p h i t e . U n l i k e l i g h t w a t e r r e a c t o r s i n t h e U S , t h e c o o l a n t w a s n o t t h e o n l y m o d e r a t o r i n t h e r e a c t o r .

G r a p h i t e a l s o e x i s t e d , w h i c h m e a n t t h a t , i f t h e w a t e r w e n t a w a y , w h i c h w o u l d n o r m a l l y s h u t d o w n a l i g h t w a t e r r e a c t o r f r o m l a c k o f m o d e r a t i o n , g r a p h i t e w a s s t i l l t h e r e t o s l o w t h e n e u t r o n s d o w n i n t o t h e h i g h - f i s s i o n c r o s s - s e c t i o n a r e a . A n d I ' d l i k e t o p u l l u p J A N I S a n d s h o w y o u w h a t I m e a n w i t h t h e u r a n i u m c r o s s s e c t i o n . S o l e t ' s g o a g a i n t o u r a n i u m - 2 3 5 a n d p u l l u p i t s f i s s i o n c r o s s s e c t i o n . L e t ' s s e e f i s s i o n . I c a n m a k e i t a l i t t l e t h i c k e r t o o .

S o a g a i n , t h e g o a l o f t h e m o d e r a t o r i s t o t a k e n e u t r o n s f r o m h i g h e n e r g i e s l i k e 1 t o 1 0 M e V w h e r e t h e f i s s i o n c r o s s s e c t i o n i s r e l a t i v e l y l o w a n d s l o w t h e m d o w n i n t o t h i s r e g i o n w h e r e f i s s i o n i s , l e t ' s s a y , 1 , 0 0 0 t i m e s m o r e l i k e l y . A n d i n a l i g h t w a t e r r e a c t o r i n t h e U S , i f t h e c o o l a n t g o e s a w a y , s o d o e s t h e m o d e r a t i o n . A n d t h e r e ' s n o t h i n g l e f t t o s l o w t h o s e n e u t r o n s d o w n t o m a k e f i s s i o n m o r e l i k e l y .

I n t h e R B M K , t h a t ' s n o t t h e c a s e . T h e g r a p h i t e i s s t i l l t h e r e . T h e g r a p h i t e i s c o o l e d b y a h e l i u m - n i t r o g e n m i x t u r e b e c a u s e t h e n e u t r o n i n t e r a c t i o n s i n t h e g r a p h i t e t h a t ' s s l o w i n g d o w n - -

w e ' v e a l w a y s t a l k e d a b o u t w h a t h a p p e n s f r o m t h e p o i n t o f v i e w o f t h e n e u t r o n . B u t w h a t a b o u t t h e p o i n t o f v i e w o f t h e o t h e r m a t e r i a l ? A n y e n e r g y l o s t b y t h e n e u t r o n s i s g a i n e d b y t h e m o d e r a t i n g m a t e r i a l . S o t h e g r a p h i t e g e t s r e a l l y h o t . A n d y o u h a v e t o f l o w s o m e n o n - o x y g e n - c o n t a i n i n g g a s m i x t u r e l i k e h e l i u m a n d n i t r o g e n , w h i c h i s p r e t t y i n e r t , t o k e e p t h a t g r a p h i t e c o o l .

A n d t h e n i n b e t w e e n t h e g r a p h i t e m o d e r a t o r w e r e c o n t r o l r o d s , a b o u t 2 0 0 o f t h e m o r s o , 3 0 o f w h i c h w e r e r e q u i r e d t o b e d o w n i n t h e r e a c t o r a t a n y g i v e n t i m e i n o r d e r t o c o n t r o l p o w e r . A n d t h a t w a s a d e s i g n r u l e . T h a t w a s b r o k e n d u r i n g t h e a c t u a l e x p e r i m e n t . A n d t h e n o n t o p o f h e r e , o n t o p o f t h i s b i o l o g i c a l s h i e l d , y o u c o u l d w a l k o n t o p o f i t . S o t h e t o p s o f t h o s e p r e s s u r e t u b e s , d e s p i t e b e i n g a b o u t 3 5 0 k i l o c h u n k s o f c o n c r e t e , y o u c o u l d w a l k o n t o p o f t h e m . T h a t ' s p r e t t y c o o l , k i n d o f s c a r y t o o .

S o w h a t h a p p e n e d i n c h r o n o l o g i c a l o r d e r w a s , a r o u n d m i d n i g h t , t h e d e c i s i o n w a s m a d e t o u n d e r g o t h i s t e s t a n d s t a r t s p i n n i n g d o w n t h e t u r b i n e . B u t t h e g r i d o p e r a t o r c a m e b a c k a n d s a i d , n o , y o u c a n ' t j u s t c u t t h e r e a c t o r p o w e r t o n o t h i n g . Y o u h a v e t o m a i n t a i n a t a r a t h e r h i g h p o w e r f o r a w h i l e , a b o u t 5 0 0 m e g a w a t t s e l e c t r i c o r h a l f t h e r a t e d p o w e r o f t h e r e a c t o r . A n d

w h a t t h a t h a d t h e e f f e c t o f d o i n g i s c o n t i n u i n g t o c r e a t e f i s s i o n p r o d u c t s , i n c l u d i n g x e n o n - 1 3 5 .

W e h a v e n ' t m e n t i o n e d t h i s o n e y e t . Y o u ' l l t a l k a b o u t i t q u i t e a l o t i n 2 2 . 0 5 i n n e u t r o n p h y s i c s . B l a c k s h i r t r e a l l y s h o w s c h a l k w e l l . W h a t x e n o n - 1 3 5 d o e s i s i t j u s t s i t s t h e r e . I t ' s a n o b l e g a s . I t h a s a h a l f - l i f e o f a f e w d a y s . S o i t d e c a y s o n t h e s l o w s i d e f o r a s f i s s i o n p r o d u c t s g o . B u t i t a l s o a b s o r b s l o t s a n d l o t s a n d l o t s o f n e u t r o n s . L e t ' s s e e i f I c o u l d f i n d w h i c h o n e i s t h e x e n o n o n e . T h e r e w e g o .

S o h e r e , I ' v e p l o t t e d t h e t o t a l c r o s s - s e c t i o n f o r x e n o n - 1 3 5 a n d t h e a b s o r p t i o n c r o s s - s e c t i o n . A n d n o t i c e h o w , f o r l o w e n e r g i e s , p r e t t y m u c h t h e e n t i r e c r o s s s e c t i o n o f x e n o n i s m a d e u p o f a b s o r p t i o n . D i d y o u g u y s i n y o u r h o m e w o r k s e e a n y t h i n g t h a t r e a c h e d a b o u t 1 0 m i l l i o n b a r n s ? N o . X e n o n - 1 3 5 i s o n e o f t h e b e s t n e u t r o n a b s o r b e r s t h e r e i s . A n d r e a c t o r s p r o d u c e i t c o n s t a n t l y . S o a s t h e y ' r e o p e r a t i n g , y o u b u i l d u p x e n o n - 1 3 5 t h a t y o u h a v e t o a c c o u n t f o r i n y o u r s i g m a a b s o r p t i o n c r o s s s e c t i o n .

B e c a u s e l i k e y o u g u y s s a w i n t h e h o m e w o r k , i f y o u w a n t t o w r i t e w h a t ' s t h e s i g m a a b s o r p t i o n c r o s s s e c t i o n o f t h e r e a c t o r , i t ' s t h e s u m o f e v e r y s i n g l e i s o t o p e i n t h e r e a c t o r o f i t s n u m b e r d e n s i t y t i m e s i t s a b s o r p t i o n c r o s s s e c t i o n . A n d s o t h a t w o u l d i n c l u d e e v e r y t h i n g f o r w a t e r a n d l e t ' s s a y t h e u r a n i u m a n d t h e x e n o n t h a t y o u ' r e b u i l d i n g u p . W h e n t h e r e a c t o r s t a r t s u p , t h e n u m b e r d e n s i t y o f x e n o n i s 0 b e c a u s e y o u d o n ' t h a v e a n y t h i n g t o h a v e p r o d u c e d i t .

W h e n y o u s t a r t o p e r a t i n g , y o u ' l l r e a c h t h e x e n o n e q u i l i b r i u m l e v e l w h e r e i t w i l l b u i l d t o a c e r t a i n l e v e l t h a t w i l l c o u n t e r a c t t h e r e a c t i v i t y o f t h e r e a c t o r . A n d t h e n y o u r k - e f f e c t i v e e x p r e s s i o n , w h e r e i t s o u r c e s o v e r a b s o r p t i o n p l u s l e a k a g e , t h i s h a s t h e e f f e c t o f r a i s i n g s i g m a a b s o r p t i o n a n d l o w e r i n g k e f f e c t i v e . T h e t r i c k i s i t d o e s n ' t l a s t f o r v e r y l o n g . I t b u i l t d e c a y s w i t h a h a l f - l i f e o f a b o u t f i v e d a y s .

A n d w h e n y o u t r y a n d r a i s e t h e r e a c t o r p o w e r , y o u w i l l a l s o s t a r t t o b u r n i t o u t . S o i f y o u ' r e o p e r a t i n g a t a f a i r l y l o w p o w e r l e v e l , y o u ' l l b o t h b e d e c a y i n g a n d b u r n i n g x e n o n w i t h o u t r e a l l y k n o w i n g w h a t ' s g o i n g o n . A n d t h a t ' s e x a c t l y w h a t h a p p e n e d h e r e . S o a n h o u r o r s o l a t e r - - l e t m e p u l l u p t h e c h r o n o l o g y a g a i n . A l i t t l e m o r e t h a n a n h o u r l a t e r , s o t h e r e a c t o r p o w e r s t a b i l i z e d a t s o m e t h i n g l i k e 3 0 m e g a w a t t s . A n d t h e y w e r e l i k e , w h a t i s g o i n g o n ? W h y i s t h a t r e a c t o r p o w e r s o l o w ? W e n e e d t o i n c r e a s e t h e r e a c t o r p o w e r .

S o w h a t d i d t h e y d o ? A c o u p l e o f t h i n g s . O n e w a s r e m o v e a l l b u t s i x o r s e v e n o f t h e c o n t r o l r o d s g o i n g w a y o u t s i d e t h e s p e c o f t h e d e s i g n b e c a u s e 3 0 w e r e n e e d e d t o a c t u a l l y m a i n t a i n

t h e r e a c t o r a t a s t a b l e p o w e r . A l l t h e w h i l e , t h e x e n o n t h a t h a d b e e n b u i l d i n g u p i s s t i l l t h e r e k e e p i n g t h e r e a c t o r f r o m g o i n g c r i t i c a l . I t ' s w h a t w a s t h e m a i n r e a s o n t h a t t h e r e a c t o r d i d n ' t e v e n h a v e v e r y m u c h p o w e r . B u t i t w a s a l s o b u r n i n g o u t a t t h e s a m e t i m e .